книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

сжатия 'выбиралось равным 12.5, а в дальнейшем она была понижена до 7,8. Двигатель, работающий по обычному че­ тырехтактному циклу, получал наддув от отдельного ком­ прессора с соблюдением условий пульсирующего наддува. Распределительный вал двигателя обеспечивал перекрытие в течении 100°-ов и более ранний выхлоп.

Испытания проводились при трех различных значениях чисел оборотов двигателя: 1250, 1600 и 1950 об/мин, а пара­ метры наддува выбирались из условия обеспечения мини­ мальной температуры в конце такта сжатии, равной 525°С и давления сжатия порядка 53,7 кГ/см2, при соотношении топлива к воздуху 0,033.

Соответственно с э^им были достигнуты максимальные ве­ личины среднего эффективного дгвления: 19,0 кГ/см2, при п —

пламенения в двигателе Гарднер был намного короче. Даль­ нейшее увеличение нагрузки двигателя потребовало прове­ дения ряда мероприятий, способствующих уменьшению ско­ ростей нарастания давления. В частности были испробованы форсунки е различными диаметрами отверстий, при одина­ ковой общей площади проходного сечения сопла. Были при­

.способствует уменьшению скорости нарастания давления на 'всех режимах работы .двигателя, но влияние иа уменьшение задержки 'самовоспламенения было ощутимо только при «=1250 об/мин и составляло 2° поворота коленчатого вала, в то время как при более высоких числах обротав двигателя это влияние было почти незаметно [29].

Уменьшение скорости нарастания давления вследствие уменьшения числа отверстий форсунки при 'Сохранении об­ щей площади проходного сечения можно обеспечить изме­ нением условий испарения топлива с поверхности поршня.

170

Было 'Определено, что в случае применения форсунки с 4 от­ верстиями, диаметром 0,35мм, в начальный момент воспла­ менения сгорает 60% »прыснутого топлива, в то время как при наличии сопла с 2 отверстиями диаметром 0,5 мм, за этот промежуток времени воспламеняется около 40% топли­ ва, а остальная часть сгорает постепенно.

Испытания дизеля с форсунками с большей общей пло­ щадью проходного сечения отверстий (4X0,4 мм и 3X0,55 мм), при соответствующем подборе диаметров плунжерной пары в топливном насосе, показали, что увеличение коли­ чества »прыснутого топлива за цикл также снижает скорость

нарастания давления, но при этом ухудшается экономич­ ность двигателя.

Таким образом, было установлено, что снижение скорос­ ти нарастания давлений в цилиндре возможно за счет изме­ нения распределения впрыснутого в камеру топлива. Увели­ чение диаметров отверстий сопла форсунки способствует об­ разованию топливно-воздушной смеси с более крупными частицами топлива, что не способствует быстрому воспла­ менению большого 'количества топлива в начальной фазе процесса воспламенения, а сталікнавение струи топлива с по­ верхностью камеры сгорания вызывает постепенное испаре­ ние топлива и приводит к умеренному росту давлений в ци­ линдре.

Из других методов ограничения скорости нарастания Давлений в цилиндре при увеличении нагрузки, использован­ ных в данных исследованиях, следует отметить метод, из­ вестный под названием «окуривания» и .метод двухступен­ чатого впрыска с регулированием скорости подачи топлива.

Метод «окуривания» подразумевает распыление неболь­ шой части топлива в движущийся поток воздуха до его пос­ тупления в цилиндр двигателя, с последующим впрыском остальной части топлива. С этой целью во впускном коллек­ торе дизеля устанавливается микро-форсунка, осуществляю­ щая непрерывный распыл топлива. Во время 'испытаний двигателя Гарднер в качестве форсунки применялась труб­ ка, установленная под углом 45° 'относительно направления движения потока воздуха, с диаметром отверстия на конце 0,18 мм. Давление топлива, подводимого к соплу, превосхо­

171

дило давление воздуха «о впускном патрубке на 0,5ч-2,2 кГ)см2, в зависимости от необходимого количества топлива для его распыления вне цилиндра двигателя. В испытаниях, три ікюторых требовалось распыление большего 'количества топлива, применялись два таких устройства. Регулировка топливного иаооса для осуществления основного впрыска в цилиндр дизеля производилась с учетом количества топлива, распыленного во впускном патрубке.

Метод «окуривания» позволяет значительно уменьшить период задержки самовоспламенения топлива и осуществить

ва до 15% улучшат условия для нормального протекания процесса воспламенения ,и полностью устраняет стуки в дви­ гателе при этой нагрузке. При обычной системе впрыска основной части топлива, период задержки самовоспламене­ ния снижается с 16 до 10° по углу поворота коленчатого ва­ ла двигателя. Дальнейшее увеличение доли предварительно

Более ощутимый эффект в вопросе снижения жесткости работы дизеля в ходе испытаний дизеля Гарднер был дос­ тигнут при регулируемом впрыске, используемом совместно с методом предварительного распыления определенного ко­ личества топлива.

BJCERJ применяет двухфазный впрыск топлива с регулирова,ниѳм скорости подачи топлива во второй фазе впрыс­ ка. Первоначально производится впрыск незначительной части топлива, сразу после которого следует впрыск основ­ ной порции, с (возрастающей скоростью. Указанный заной подачи топлива был реализован в двигателе Гарднер, а в

172

Дальнейшем и на дизеле Мирлесс ТЛ с ПАРОС, с помощью

т

173

Бпрыака топлива в комбинации с вьшіеоеисэнными метода­ ми ограничения скорости нарастания давлений открывает большие возможности в деле форсирования дизелей с по­ мощью наддува при одновременном снижении действитель­ ной степени сжатия двигателя.

На рис. 89 показаны диаграммы изменения давления' сгорания за цикл и перемещение иглы форсунки длія двига­ теля, работающего со степенью сжатия 7,8 при нагрузке, со­ ответствующей среднему эффективному давлению 27,6 бар, при п= 1600 об/мин [29].

Диаграмма А в левом верхнем углу рисунка соответ­ ствует результатам, полученным при использовании форсун­ ки с 4 отверстиями диаметром 0,4 мм. Остальные диаграм­ мы слева (В и С) показывают влияние «окуривания» на про­ текание давлений при 8 и 15% предварительном распилива­ нии топлива и обычном способе впрыска 'основной части топлива. Диаграмма Д в правой верхней части рисунка со­ ответствует случаю существования предварительного мало­ го впрыска с последующим ростом скорости и давления впрыскивания. Остальные две диаграммы справа «а рисун­ ке (Е и F) показывают протекание процесса сгорания при одновременном использовании метода «окуривания» и регу­ лируюемюпо впрыска.

При применении форсунки 4X0,4 мм и при обычном способе подачи топлива (диаграмма А), с продолжитель­ ностью впрыска, равной 36 градусам поворота коленчатого вала, среднее значение скорости нарастания давления в ци­ линдре составляет 11,2 кГІсм2Іград., в то время как с введе­ нием регулируемого впрыска, с более коротким периодом подачи топлива, ее величина снижается до 6,3 кГ/см2/град. Такая же скорость (роста давлений цилиндра была зафик­ сирована при 10% «окуривании» и обычном способе подачи топлива, без регулирования скорости впрыска.

Диаграммы показывают, что наименьшее значение мак­ симальных давлений сгорания равное ПО кГ/см2, при кото­ ром было достигнуто ре = 27,6 бар, получалось в случае совместного применения метода «окуривания» и двухфазно­ го регулируемого впрыска (диаграммы Е и F ). Вместе с тем, при 10% «окуривании» форма диаграммы давлений была

174

более округлой (диаграмма Е). На диаграмме наблюдается1 плавный ірост даівленіий в цилиндре ів процессе Віоопламѳне-

Диаграмме В видно заметное уменьшение угла запаздывания (Воспламенения, величина которого составляет 10° по углу поворота коленчатого вала, вместо 16° при обычном способе подачи топлива.

В случае осуществления регулируемого впрыска угол,, соответствующий периоду задержки самовоспламенения не замерялся из-за сложности определения движения иглы форсунки в использованной топливной аппаратуре. Поэтому (На диаграммах D, Е и F линии, обозначающие начало впрыс­ ка не нанесены. При 15% «окуривании» (диаграмма С] ко­ личество предварит елвно впрыснутого топлива не позволяет точно определить момент самовоспламенения основной доли топлива, так как задержка периода воспламенения стано­ вится почти незаметной, поэтому на диаграмме линии нача­

фазе наряду с предварительным распылом части топлива во впускную магистраль и использованием форсунки с боль­ шим проходным сечением отверстий сопла, обеспечивает Нормальное протекание рабочего процесса дизеля, с умерен­ ным ростом давлений в цилиндре я достижение очень высо­ кой удельной мощности двигателя. Максимальная нагрузка, зафиксированная в последующих испытаниях, соответствует

1.75−

На рис. 90 ттежазамы индикаторные диаграммы для трех различных скоростных режимов работы двигателя, с наи­ лучшей регулировкой сиістемы апрьюка топлива и при опти­ мальных условиях организации ,подачи топлива. Верхняя диаграмма соответствует среднему эффективному давлению

/ Э , Э 2 Ь , .

Р --2 4

Ре*Чг*Г

п=1600 об/мин и нижняя — ре = 24 бар, при п — 1950 об/мин. Средние значения скорости нарастания давления соот­ ветственно равны 3,7; 5,5 и 4,5 кГ/см2/град. Давление надду­

176

Гателя. Регулировка системы топливоподачи контролирова­ лась ио чистоте выхлопа [30].

В материалах, касающихся испытаний для определения влияния скорости двигателя на протекание рабочего процес­ са, указано, что по мере уменьшения числа оборотов дизеля наблюдается укорочение продолжительности дополнитель­ ного впрыска и рост скорости подачи топлива во время ос­ новного впрыска. Устранение этого явления возможно ре­ гулировкой фазы дополнительного впрыска. Система топлиівоподачи, применяемая в дальнейших испытаниях, обеспе­ чивала автоматическое поддерживание требуемого периода Для дополнительного впрыска, в зависимости от скоростного режима работы дизеля.

Рис. 91. Принципиальная схема системы подачи топлива BJCERJ: 1—топливный бак; 2—вспомогательный насос; 3—аккумулятор давления; 4—распределитель; 5—насос- форсунка; б —форсунка; 7—плунжер топливного насоса; 8—поршень усилителя; 9—усилитель давления; 10—дроссель.

Принципиальная схема топливоподающей системы BJCERJ, использованной в ходе вышеописанных исследова­ ний, показана на рис. 91. Подробное описание конструкции агрегатов системы дано в работе [28], а в данном обзоре приводится лишь краткое описание принципа осуществления впрыска и особенностей работы элементов.

Система питания BJCERJ состоит из топливного резер­

торой, кроме элементов форсунки, расположены вспомога­ тельный поршень и напнетающий плунжерный насос.

В качестве івопомогательного топливного насоса «можно использовать насос любого типа с электроприводом, обеспе­

ческий сосуд, разграниченный на две изолированные друг от друга полости с помощью толстостенной диафрагмы, заде­ ланной по окружности в корпусе аккумулятора и опираю­ щейся на 'металлическую пластину в нижней части корпуса. Полость над диафрагмой заполнена воздухом или азотом с высоким давлением, а пространство между диафрагмой и опорной пластиной — топливом, поступающим под давлени­ ем из вспомогательного топливного насоса. Пространство между диафрагмой и опорной пластиной имеет два выхода, с помощью которых соединено со вспомогательным топлив­ ным насосом и с форсункой.

Распределитель представляет собой цилиндрический вращающийся золотник, ось которого соединена с распре­ делительным валом двигателя. Расположение распредели­ тельных окон золотника подобрано таким образом, что при вращении золотник осуществляет попеременное соединение линии подвода топлива к комбинированной форсунке, с ли­ ниями давления .вспомогательного насоса и с .полостью под диафрагмой в аккумуляторе.

Используемая форсунка конструктивно представляет собой насос-форсунку, с гидравлическим приводом управ­ ляющего плунжерного золотника. В форсунке осуществлен способ гидравлического увеличения давления впрыска с по­ мощью специального сервоусилителя, состоящего из пор­

шенька, диаметром 24 мм и плунжерного насоса с диамет­ ром плунжера 8 мм, вмонтированных в корпус форсунки.

Усилитель обеспечивает увеличение давления впрыска до 700 кГ/см2, при вспомогательном давлении в аккумулято­ ре 80 кГ/см2. В верхней части форсунки размещены золот-

178

никовый распределитель и возвратная пружина, осущест­ вляющие подключение полости сервоцилиндра с линией вы­ сокого давления .системы и с линией слива.

В данную систему питания дизеля .включено также дрос­ сельное устройство, установленное на линии слива между насосом-форсункой и топливным резервуаром.

Дроссель золотникового типа осуществляет изменение проходного сечения сливной магистрали проворотам цилин­ дрического золотника вручную. В последующих конструк­ циях управление дросселем осуществляет центробежный ре­ гулятор, установленный на дизеле.

Принцип работы системы для впрыска топлива заклю­ чается в следующем: топливо, под давлением 80—85 кГ/см2, развиваемом вспомогательным насосом, нагнетается в акку­ мулятор давления, в полость между диафрагмой и опорной пластинкой. Кроме того, небольшая часть топлива поступа­ ет к входному отверстию вращающегося распределителя,

непосредственно перед впрыском топлива. Давление, раз­ виваемое вспомогательным насосом, оказывает действие на

ника, сжимая при этом возвратную пружину золотника. В момент, когда кромка распределительного золотника откры­ вает отверстие, соединенное с аккумулятором, топливо под давлением начинает поступать в сервоцилиндр насоса-фор­ сунки, оказывая давление на поверхность сервопоршня. Воз­ действие давления на сервопоршень вызывает его перемеще­ ние вниз, вместе с плунжером топливного насоса и вслед­ ствие этого истечение топлива, находящегося под плунже- 'ром, через сопло форсунки. При этом давление истекающе­ го топлива увеличивается пропорционально отношению пло­ щадей сервопоршня и плунжера насоса. При дальнейшем смещении вправо Н-образного распределительного золотни­ ка, полость сервоцилиндра разобщается с линией высокого Давления аккумулятора и соединяется с магистралью слива,

179